生物结皮调控半干旱生态系统土壤线虫多样性季节动态的机制研究

为解决半干旱地区土壤线虫群落动态与生物结皮（biocrusts）关系的科学问题，研究人员通过多季节野外调查，揭示了生物结皮类型（cyanobacterial/moss crusts）通过改善土壤稳定性、温度、水分及养分（如NO3?-N、NH4+-N）显著提升线虫丰度（+357%）、Patrick指数（+260%）和Shannon-Wiener指数（+91%），为干旱区土壤食物网调控提供新见解。

　　

半干旱生态系统是地球上最严酷的环境之一，生物结皮（由地衣、苔藓和蓝藻组成的土壤表层群落）在此类区域广泛分布，形成支撑土壤生物生存的“生物岛屿”。尽管生物结皮对微生物群落的调控已有较多研究，但其对土壤动物（如线虫）群落的影响及季节动态机制尚不明确。土壤线虫作为土壤食物网的关键成员，通过多营养级（如食细菌者、食真菌者、植食者）参与养分循环，但气候变化导致的降水减少和温度波动可能威胁其生存。因此，解析生物结皮如何通过改变微生境调控线虫群落，对理解干旱区生态过程至关重要。

为回答这一问题，Yanfeng Wang等人在中国黄土高原北部水风侵蚀交错带开展研究，通过为期一年的双月采样（2022年7月至2023年5月），对比裸土（bare soil）、蓝藻结皮（cyanobacterial crusts）、蓝藻-苔藓混合结皮（mixed crusts）和苔藓结皮（moss crusts）对线虫群落的影响。研究采用Baermann漏斗法提取线虫并鉴定属级分类单元，测定结皮厚度、叶绿素a含量、土壤温度（ST）、水分（SWC）、有机质（SOM）及氮磷形态等指标，结合结构方程模型（SEM）和灰色关联分析揭示驱动机制。

3.1 生物结皮性状及其对土壤性质的影响

研究发现，苔藓结皮的厚度（13.57 mm）、叶绿素a含量（5.51 mg g^?1）和抗剪强度（4.70 kg cm^?2）显著高于其他类型，其土壤有机质（21.23 g kg^?1）和铵态氮（NH₄⁺-N, 1.89 mg kg^?1）含量亦最高。季节变化进一步调控这些参数，如叶绿素a在7月达峰值，而结皮稳定性在9月最高。

3.2 生物结皮提升土壤线虫多样性

苔藓结皮下线虫总数量、Patrick指数和Shannon-Wiener指数分别比裸土高357%、260%和91%，且显著高于蓝藻结皮（+55%、+68%、+22%）。SEM分析表明，结皮类型通过直接路径（路径系数0.67–0.87）和间接改善土壤性质共同驱动线虫多样性变化。

3.3 线虫群落的季节动态及驱动因素

线虫多样性在5月和9月出现峰值，与土壤温度（ST）、水分（SWC）及NH₄⁺-N含量显著相关。灰色关联分析显示，NH₄⁺-N（关联度0.956–0.976）和叶绿素a（0.917–0.927）是主要驱动因子。夏季高温（>33.4°C）导致7月线虫数量下降，体现温度耐受性的季节限制。

4. 讨论与意义

该研究首次系统阐明了生物结皮类型通过“微生境改良-资源供给”双路径调控线虫群落的机制。苔藓结皮因其更高的稳定性和养分富集能力成为线虫多样性的“热点”。季节动态则凸显了环境因子（如温度、NH₄⁺-N）的调控作用，为干旱区土壤生物多样性保护提供了理论依据。未来研究可拓展至不同气候带和土壤类型，以验证结论的普适性。论文发表于《Geoderma》，为全球变化背景下土壤生态功能评估提供了关键科学支撑。